Astronomia do século XIX: o

surgimento da espectroscopia.

Clayton B. O. dos Reis

Astronomia Fundamental

Antes do século XIX

Isaac Newton (1642-1727)

demonstrou, por

volta de 1665-66,

que a luz branca,

se decompõe em

luzes de diferentes

cores, formando

um espectro como

o arco-íris.

Do inicio

William Hyde Wollaston

(1766-1828)Quase um século e meio depois

da demonstração de Newton,Wollaston, Médico, físico e

químico, britânico nascido em East Dereham, decidiu estudar,

em 1802, a natureza do espectro luminoso. Ele queria separar as

cores umas das outras, porém ao invés disso ele viu que o espectro

era cortado por uma série de linhas pretas. Após isso Wollaston

perdeu interesse pela questão.

Doze anos depois

Joseph von Fraunhofer(1787-1826)

Nasceu em Straubing na Alemanha, era fabricante de

instrumentos de vidros (lentes, prismas, microscópios e telescópios), repetiu o

experimento de Wollaston. Ele aperfeiçoou o dispositivo de

Wollaston e obteve uma imagem da série espectral mais definida, mostrando centenas de linhas

escuras chamadas mais tarde de linhas de fraunhofer.

Intrigado com a imagem que obteve decidiu estudar as 576

linhas finas e pretas que conseguiu ver, deu o nome de letras maiúsculas: A, B, C ..., para as linhas mais fortes e

minúsculas para as mais fracas, começando com A no

vermelho.

Doze anos depois

A presença de linhas escuras deveria permanecer um mistério

por algum tempo, mas enquanto, isso outras investigações

espectroscópicas estavam sendo realizadas. Como as do astrônomo e quimico John Herschel e as do quimico William

Allen Miller.

John Herschel William Allen Miller

� John Herschel (1792-1891) - Lembrado hoje por seu trabalho pioneiro no desenvolvimento da fotografia. Mostrou que quando certas substancias era aquecidas, cada elemento apresentava suas próprias linhas brilhantes características.

� William Allen Miller (1817-1870) – Professor de química do King’s College, de Londres. Investigou espectros de muitas substancias e tirou fotografias de alguns deles, e comprovou em laboratório que se a luz solar passasse através de varios gases apareceriam linhas escuras adicionais.

Espectroscopia estabelecida

Apesar de estarem criadas

as bases da análise

espectral, esta só viria a estabelecer-se pela

proveitosa colaboração entre o químico Robert

Bunsen (1811-1899) e o

físico Gustav Kirchhoff(1824-1887).

� Por volta de 1857, Bunsen inventa o "bico de Bunsen“.

� Nesta mesma época Kirchhoff, sugeriu que a luz proveniente das chamas coloridas poderia ser melhor estudada se ela fosse feita passar através de um prisma.

� Em 1859, Bunsen e Kirchhoff desenharam e construiramum espectroscópio que iria revolucionar o estudo da astrofísica.

Espectroscopia estabelecida

bico de BunsenEspectroscópio Kirchhoff- Bunsen

Usando o “Bico de Busen” e o espectroscópio, os dois cientistas prontamente descobriram que os espectros obtidos a partir destas chamas mostravam conjuntos de finas linhas espectrais brilhantes traçadas contra um fundo escuro. Mais tarde eles encontraram que cada elemento químico produz um arranjo ("desenho") único de linhas espectrais (linhas brilhantes). Assim nasceu, em 1859, a técnica da análise espectral, a identificação de substâncias químicas a partir do desenho característico das linhas espectrais que a sua luz continha.

Leis de Kirchhoff

De suas experiências, Kirchhoff formulou as três leis

empíricas da espectroscopia, para determinar a composição de uma mistura de elementos:

1) Um corpo opaco quente, sólido, líquido ou gasoso,

emite um espectro contínuo.

2) Um gás transparente produz um espectro de linhas brilhantes (de emissão). O número e a posição

destas linhas depende dos elementos químicos presentes no gás.

Leis de Kirchhoff

3) Se um espectro contínuo passar por um gás àtemperatura mais baixa, o gás frio causa a presença

de linhas escuras (absorção). O número e a posição

destas linhas depende dos elementos químicos presentes no gás.

Leis de Kirchhoff

Embora Fraunhofer, tivesse observado que as estrelas tinham

espectros de linhas escuras como o Sol, investigações mais

completas dos espectros das estrelas foram feitas por Sir William

Huggins (1824-1910) e pelo jesuíta Irmão Angelo Secchi (1818-1878) do observatório do Vaticano.

William HugginsAngelo Secchi

Nascimento da Espectroscopia Estelar

� William Huggins – Em 1864, fez uma serie de observações em nebulosas, e encontra espectros de

linhas brilhantes, resolvendo o mistério das nebulosas.

� Angelo Secchi – Em 1863, acoplou ao seu telescópio

um espectroscópio e decidiu observar as estrelas. O resultado imediato foi a descoberta de que várias

estrelas mostravam linhas de absorção riscando seus espectros. Com base em suas observações, ele foi o

primeiro astrônomo a classificar os espectros estelares

em tipos espectrais (linhas escuras).

Nascimento da Espectroscopia Estelar

Classificação espectral

Os espectros estelares éram muito variados, e para lidar com esta diversidade, os astrônomos reuniram espectros de aparência similar em classes espectrais. Este trabalho pioneiro foi realizado, no início do século XX, por um grupo de astrônomos sob a supervisão de Edward C. Pickering no Harvard College.

Uma grande parte deste trabalho foi realizada por Annie JumpCannon (1863-1941) que, sozinha, classificou os espectros de 225 000 estrelas até magnitude 9 entre 1918 e 1924, publicadas no Henry Draper Catalogue. Ela notou que as estrelas iam de azuis-esbranquiçadas a avermelhadas e classificou seus espectros de acordo com as linhas de hidrogênio, sendo A a mais forte, B a seguinte, C e assim por diante.

Classificação espectral

Atualmente as estrelas são classificadas em função

decrescente da temperatura, como O B A F G K M:

Novas descobertas

Vários elementos continuavam a ser encontrados nas mais variadas amostra, devido a espectroscopia. Porém uma descoberta que éinteressante ser citada aconteceu durante o eclipse solar de 1868, os astrônomos decidiram fazer a análise espectral da luz proveniente da parte mais externa do Sol, aquela que fica exposta quando o disco da Lua encobre o disco solar. Ao fazer isso eles encontraram uma nova linha espectral imediatamente atribuída a um novo elemento químico, desconhecido na Terra, e que foi chamado de "hélio“.

Durante muito tempo os cientistas pensaram

que haviam descoberto um elemento químico

que não existia na Terra o que, se fosse

verdade, derrubaria a hipótese que todos os

elementos químicos são encontrados na

superfície do nosso planeta. Somente em

1895 é que os cientistas conseguiram obter o

hélio nos laboratórios terrestres, ao

analisarem gases obtidos a partir do urânio.

Novas descobertas

Concluindo...

O surgimento da espectroscopia foi muito importante para entender pra o entendimento da astrofísica, pois sem ela ficaria muito difícil estudar os corpos celestes que estão inacessíveis.

� Ronan, Colin A. - A História Ilustrada da Ciência, vol III - Universidade de Cambridge - Editora Jorge Zahar.]

� http://www.on.br/site_edu_dist_2011/site/conteudo/modulo2/3_espectros_estelares/espectro/historia.html

� http://astro.nfist.pt/old/astrofisica/classificacao_estelar/classif.htm

� http://www.if.ufrj.br/teaching/elem/e00210.html]

� http://astro.if.ufrgs.br/rad/espec/espec.htm

� http://www.prof2000.pt/users/angelof/af16/ts_estrelas/espectros_estelares_e_classificacao.htm

� http://www.experimentum.org/blog/?p=567

Bibliografia